Le bois lamellé-croisé (CLT) est un produit bois d’ingénierie développé en Autriche dans les années 1990 dans le cadre d’un projet de recherche industriel. Ces panneaux ont rapidement gagné en popularité due à leur versatilité, à leur bonne empreinte environnementale, à leur légèreté par rapport au béton, à leur bonne résistance, à leur préfabrication et à leur rapidité de montage. Ces caractéristiques en font un excellent matériel de construction et de plus en plus de bâtiments sont construits en CLT à travers le monde, témoignant de son bon comportement. Les panneaux de CLT sont constitués de plusieurs couches orthogonales de bois de sciage collé les uns aux autres à l’aide d’adhésifs structuraux (Figure 1.22). Ils sont formés d’au moins 3 couches de bois de sciage, offrant une épaisseur de 78mm et peuvent aller jusqu’à 9 couches, atteignant des épaisseurs de 314mm. Selon le fabricant, on peut obtenir des largeurs de panneaux de 2.5m à 3m et des longueurs d’environ 20m.
Figure 1.22 – Schématisation d’un panneau CLT (FPInnovations,2011)
Les panneaux de CLT peuvent être utilisés pour différentes composantes structurales. Ils peuvent être utilisés comme murs pour résister aux charges gravitaires, comme murs de refend pour résister aux charges latérales et comme dalles de plancher. Lorsqu’utilisé comme mur (Figure 1.23), le panneau de CLT est généralement positionné dans la direction où la force verticale appliquée est parallèle aux couches externes du panneau, c.-à-d., dans le sens de l’axe fort du panneau. De plus, pour certaines configurations, il est possible de placer deux couches adjacentes dans la même direction pour augmenter davantage la résistance du panneau selon l’axe fort.
Le CLT est très efficace lorsqu’utilisé comme dalle de plancher en remplacement aux dalles en béton armé conventionnelles. Il est tout d’abord très léger comparativement au béton et, possédant des couches orthogonales, il offre naturellement une résistance bidirectionnelle
Figure 1.23 – Utilisation d’un panneau CLT comme mur (adaptée de (FPInnovations,2011))
1.4.1 Recherches sur le CLT
Les recherches effectuées jusqu’à maintenant sur les bâtiments en CLT ont été principalement dirigées sur les structures de type plateforme. Ce type de structure consiste en l’utilisation de panneau de CLT comme murs et planchers, formant ainsi une "boîte". Ces "boîtes" sont ensuite empilées les unes sur les autres pour créer les différents étages du bâtiment. Les murs reprennent les charges gravitaires ainsi que les charges latérales, tandis que les planchers servent de diaphragme.
Le "SOFIE project" dirigé par le professeur Ario Ceccotti de l’Institut des arbres et du bois en Italy (Ceccotti et al.,2013) approfondie les recherches sur la résistance aux tremblements de terre des structures plateformes. L’un des objectifs principaux du projet est la phase de tests sur table vibrante à échelle réelle du bâtiment de 7 étages. Les essais ont été effectués en collaboration avec l’Université Shizuoka au Japon. En préparation à ces essais sur table vibrante, plusieurs analyses préliminaires telles que : essais sur les connecteurs, essais sur les panneaux avec différentes configurations, essais sur un bâtiment de 3 étages, etc., ont été effectuées pour évaluer le comportement des éléments. Les résultats positifs de ces analyses préliminaires ont justifié le besoin d’investigations sur table vibrante à échelle réelle.
Comme présenté à la Figure 1.25, le bâtiment de 7 étages possède des dimensions en plan de 7.5m x 13.5m avec une hauteur totale de 23.5m. Les panneaux de CLT sont de 150mm à 200mm d’épaisseur reliés entre eux par différentes méthodes de connexion.
Les résultats des essais sur table vibrante, étant très positifs, démontrent une capacité de re- centrage efficace sans dommage important à la structure. Les modes de ruptures sont concen- trés dans les connecteurs métalliques et ont démontré un bon comportement ductile, dissipant ainsi l’énergie des séismes sans créer de dommage fragile dans les panneaux de CLT.
Les connecteurs métalliques utilisés pour lier les panneaux entre eux et fournir l’amortissement au système sont généralement des systèmes de retenu vertical pour reprendre les efforts de soulèvement (Figure1.26(a)), des équerres métalliques pour résister aux efforts de cisaillement (Figure 1.26(b)) ainsi que des vis (Figure1.26(c)) sous différentes dispositions pour connecter les panneaux entre eux.
Figure 1.26 – Connecteurs des panneaux de CLT (Simpson-Strong-Tie,2017)
Dans le cadre du projet de recherche SOFIE, des ancrages de retenu vertical et des équerres métalliques ont été testés cycliquement pour en déterminer leur résistance, leur rigidité, leur capacité à dissiper l’énergie et leur ductilité (Gavric et al.,2015). Des analyses paramétriques sont effectuées en modifiant la géométrie des connecteurs, le nombre d’attaches, le type de connexion (CLT-CLT ou CLT-fondation), la direction de la charge, etc. Comme présenté à la figure1.27, les résultats des essais ont démontré des comportements hystérésis très souhaitables pour fournir l’amortissement nécessaire à la structure. Les ancrages de retenu vertical ont démontré des résistances et rigidités relativement élevées dans leur direction primaire, soit en tension, n’offrant pratiquement aucune résistance en cisaillement. Donc, il est possible de négliger leur apport de résistance au système lors de la conception. Pour leur part, les équerres
métalliques ont démontré de bonnes résistances et rigidités dans les deux directions.
Figure 1.27 – Courbe hystérésis d’une (a) retenu vertical en tension (b) équerre métallique en cisaillement (Gavric et al.,2015)
Des recherches ont été conduites à l’Université de Washington sur les murs à section basculante en CLT faisant l’utilisation de dissipateurs UFP (Ganey, 2015). L’objectif de cette thèse de maîtrise est de comprendre et de développer une procédure de conception pour les SRFS avec murs à section basculante en CLT. Pour y parvenir, des essais expérimentaux ont été effectués sur des séries de 5 spécimens simples et 1 spécimen couplé. Suite à ces essais, des modèles numériques de type multi ressort ont été développés à l’aide d’OpenSEES et soumis à des analyses temporelles non linéaires pour prédire le comportement de ce type de structure. En voici les principales conclusions :
— Les murs de refend à section basculante en CLT ont une réponse ductile à l’analyse cyclique ;
— Lorsque les câbles de post-tension sont de plus grand diamètre, le mur à section bascu- lante possédera une meilleure résistance ;
— La perte de force dans les câbles de post-tension peut être significative lorsque le panneau de CLT est endommagé ;
— Le plancher de CLT soumis à des efforts perpendiculaires au grain est plus faible que le mur de refend, donc des plaques de renforcement seraient nécessaires ;
— Les dissipateurs UFP fournissent 50% de la dissipation d’énergie pour le mur couplé. Bien que les recherches sur les structures en CLT de type plateforme sont de plus en plus présentes, des recherches supplémentaires sont requises sur l’utilisation des panneaux de CLT comme système de résistance aux forces sismiques à sections basculantes dans les bâtiments multi-étagés, ce qui motive cette recherche.
Chapitre 2
Benefits of Multiple Rocking Segments
for CLT and LVL Pres-Lam Wall
Systems
2.1
Résumé
Cette section présente le premier article soumis au "Journal of Earthquake of engineering" rédigé en collaboration avec Alessandro Palermo et Francesco Sarti de l’Université de Canter- bury en Nouvelle-Zélande ainsi qu’Alexander Salenikovich de l’Université Laval. Cet article présente le développement des systèmes Pres-Lam à sections basculantes multiples dans le but de réduire l’amplification dynamique des efforts sismiques présente dans les systèmes à section basculante simple. De plus, une comparaison entre les considérations de conception pour des panneaux de LVL et de CLT est effectuée. Finalement, on y présente les détails de conception d’une connexion utilisée pour lier les sections des panneaux des systèmes à sections basculantes multiples.